【正文】 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中也給我很大的幫助。 目前市場(chǎng)上的近距離無(wú)線通信技術(shù)有很多種，如無(wú)線局域網(wǎng) WiFi、藍(lán)牙、 IrDA、UWB、 RF 等。 圖 61 Zigbee 調(diào)試接口 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 第 7 章 結(jié)論與展望 結(jié)論 隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和工業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)整合水平的不斷發(fā)展，對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)接口的開放性以及數(shù)據(jù)鏈接的安全性的要求越來(lái)越高，有線控制網(wǎng)絡(luò)的局限性也越來(lái)越突出，無(wú)線的優(yōu)勢(shì)也越來(lái)越明顯。 (2)單片機(jī)與無(wú)線模塊通訊測(cè)試：?jiǎn)纹瑱C(jī) 每采樣到一次傳感器信號(hào)，處理后及時(shí)將數(shù)據(jù)發(fā)送到無(wú)線模塊，通過觀察電路板上的通訊指示燈觀察無(wú)線模塊是否接收到數(shù)據(jù)。 圖 52 煙霧傳感器流程圖 N 程序初始化 傳感器預(yù)熱 鍵盤掃描與鍵值處理 A/D 轉(zhuǎn)換 平均值法濾波 線性化處理 進(jìn)入警報(bào)處理程序 濃度強(qiáng)弱顯示 設(shè)置指示燈狀態(tài) Y 是否超過報(bào)警 開始 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 第 6 章 系統(tǒng)性能測(cè)試與評(píng)述 硬件測(cè)試 電路板焊接完畢后，找出硬件整體上的錯(cuò)誤，如接口松動(dòng)、接觸不良，電源不穩(wěn)定等。 (3)數(shù)據(jù)傳輸功能：采用標(biāo)準(zhǔn)的 MODBUS 協(xié)議通過上位機(jī)修改系統(tǒng)參數(shù)。 但是 zigbee 可以通過組網(wǎng) ,以多跳的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的通信。其煙霧傳感器電路如圖 45 所示。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。它能夠以非常低的總的材料成本建立強(qiáng)大的 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 。傳感器模塊采用集成溫濕度傳感器 DHT1 MQ2 型氣體傳感器 ，電源采用 5V電池供電。故要求系統(tǒng)的 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 安全性 (3)外觀：由于要安裝在家庭各個(gè)地點(diǎn)，故要求其盡量小巧，美觀。 (3)煙霧 燃?xì)獾闹饕斐蔁熿F源，當(dāng)燃?xì)獍l(fā)生泄漏時(shí)，就會(huì)對(duì)家庭人員生命帶來(lái)威脅。 上位機(jī) LCD CC2530 溫濕度傳感器 煙霧傳感器 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 系統(tǒng)功能定義 本文設(shè)計(jì)的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要檢測(cè)家庭環(huán)境中以下一些環(huán)境參數(shù)以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境信息的全面監(jiān)測(cè)，從而為用戶的準(zhǔn)確決 策提供參考。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 第 3 章 家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案 本文的家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過對(duì)傳感器技術(shù)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì) 算機(jī)等技術(shù)的綜合運(yùn)用，得以實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而間接地為用戶創(chuàng)造一個(gè)健康的，適宜居的，舒適的家居環(huán)境。 Zigbee 設(shè)備對(duì)象 Zigbee 設(shè)備對(duì)象 (ZDO)，描述了一個(gè)基本的功能函數(shù)，這個(gè)函數(shù)為在應(yīng)用對(duì)象、設(shè)備 profile 和 APS 之間提供了一個(gè)接口。 應(yīng)用支持子層 APS 層提供了這樣的接口：在 NWK 層和 APL 層間，從設(shè)備對(duì)象到供應(yīng)商的應(yīng)用對(duì)象的通用服務(wù)集。 (3)連接和斷開網(wǎng)絡(luò)。 網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體 (NLDE) 網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體為數(shù)據(jù)提供服務(wù)，在兩個(gè)或多的設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送任務(wù)時(shí)，則是按照應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (APDU)的格式進(jìn)行傳送的，并且所有的這些設(shè)備必須是在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，即要求在同一個(gè)個(gè)域網(wǎng)中。 (3)Zigbee 終端設(shè)備：其一般的簡(jiǎn)化的功能設(shè)備。每個(gè) Zigbee 設(shè)備可以與另外 254 臺(tái)節(jié)點(diǎn)設(shè)備相連接，而加入路由節(jié)點(diǎn)的 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)最多可容納多達(dá) 65000 多個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)； (5)數(shù)據(jù)傳輸速率低。由于它的低延遲和低功耗性能優(yōu)越性，所以在支持鼠標(biāo)、鍵盤等電腦周邊產(chǎn)品和家庭自動(dòng)化儀器等低速率應(yīng)用時(shí)可以比藍(lán)牙做地更好，人們更希望能在無(wú)線玩具、傳感器網(wǎng)絡(luò)、家庭監(jiān)控、工業(yè)監(jiān)控和安全系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域拓展 Zigbee 的應(yīng)用。 Zigbee 聯(lián)盟則于 2021 年成立，而在 2021 年下半年，以及四大半導(dǎo)體公司共同宣布加盟 Zigbee 技術(shù)聯(lián)盟，以研發(fā)名為 “Zigbee”的新一代無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)，而在2021 年作為中國(guó)通信行業(yè)龍頭的華為公司亦加入了此聯(lián)盟。終端通過顯示器及數(shù)據(jù)上傳到智能家居系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)顯示并控制空氣凈化器等為家居環(huán)境，實(shí)現(xiàn)健康家居。 本文主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新 本文主要研究?jī)?nèi)容 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科技的迅猛發(fā)展，人們的生活水準(zhǔn)越來(lái)提高，日常家居的環(huán)境更受到了人們的關(guān)注。 WiFi 技術(shù) WiFi 是由一個(gè)名為 “無(wú)線以太網(wǎng)相容聯(lián)盟 ”(Wireless Ether Compatibility Alliance, WECA)的組織所發(fā)布的業(yè)界術(shù)語(yǔ)，中文翻譯為 “無(wú)線相容認(rèn)證 ”。增加或減少新的監(jiān)測(cè)對(duì)象必將要求系統(tǒng)具有良好的軟件與硬件擴(kuò)展性。近些年來(lái)，在各個(gè)大公司和媒體的大力宣傳下，我國(guó)的家居環(huán)境監(jiān)測(cè)行業(yè)開始起步，已經(jīng)有一些前瞻性很強(qiáng)的公司在從事此類系統(tǒng)的開發(fā)。為了實(shí)現(xiàn)環(huán)境信息監(jiān)測(cè)的精確性、全面性并且方便使用，本文的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)具有以下各種特點(diǎn)： (1)多對(duì)象監(jiān)測(cè)，環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要檢測(cè)多種環(huán)境信息，如：溫濕度、有害氣體濃度、光照強(qiáng)度等。由于人們又了這種想法，由此智能家居系統(tǒng)也就越來(lái)越多的被人們所重視了?；?CC2530 和 Zigbee 協(xié)議，設(shè)計(jì)了溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。尤其是在最近幾年基于 Zigbee 的智能家居系統(tǒng)發(fā)展迅速，各個(gè)公司的 Zigbee產(chǎn)品正如雨后春筍一般迅速出產(chǎn)，智能家居正在逐步覆蓋各個(gè)階層。 Zigbee的低能耗與高效率，大大滿足了智能家居的要求，使用起來(lái)快捷方便，節(jié)能高效，它對(duì)于改善現(xiàn)代人類的生活質(zhì)量，創(chuàng)造舒適、安全、便利的生活有著非常重要的意義。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 智能家居監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) Design of The Intelligent Home Furnishing Mornitorning System 畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)單 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 班級(jí) 電 10022 專業(yè) 工業(yè)自動(dòng)化 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 智能家居監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師姓名 指導(dǎo)教師職稱 評(píng) 定 成 績(jī) 指導(dǎo)教師 得分 評(píng)閱人 得分 答辯小組長(zhǎng) 得分 成績(jī)： 院長(zhǎng)簽字： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 題目 關(guān)于 Zigbee 的智能家居監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 班級(jí) 專業(yè) 工業(yè) 自動(dòng)化 承擔(dān)指導(dǎo)任務(wù)單位 電氣與電子工程學(xué)院 導(dǎo)師 姓名 導(dǎo)師 職稱 一、主要內(nèi)容 Zigbee 基本模塊； ZStack 協(xié)議； Zigbee 模塊的功能及在 ZStack 協(xié)議下的實(shí)現(xiàn)。 二、 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 自從世界上第一棟智能建筑 1984 在美國(guó)出現(xiàn)后，西方國(guó)家先后 提出了各種智能家居照明方案，在這方面美國(guó)一直處于領(lǐng)先水平。目前，國(guó)內(nèi)的這些智能家居系統(tǒng)還處于萌芽的階段。在干擾環(huán)境下測(cè)試表明，網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的魯棒性和自組能力。研究人員希望能通過這種新的技術(shù)將家居中各種智能化的設(shè)備、家用電器和家庭安防設(shè)備等整合一個(gè)智能化的系統(tǒng)上進(jìn)行資源共享、分析、控制和管理這些設(shè)備，控制這些設(shè)備來(lái)對(duì)家居中的環(huán)境參數(shù)符合人們舒適居住使用的要求，營(yíng)造一個(gè)良好的環(huán)境，從而可使用戶能夠居住在一個(gè)更高要求的環(huán)境中。這樣才能為用戶提供全面的環(huán)境信息參考。另外，國(guó)內(nèi)亦有些電器廠家也在市場(chǎng)上推出了自主的智能家居系統(tǒng)，類似的系統(tǒng)在家居環(huán)境的監(jiān)測(cè)中均可以實(shí)現(xiàn)各種功能。硬件 可擴(kuò)展性是有線技術(shù)方案的主要技術(shù)難點(diǎn)之一 [2]。 WiFi 或 在 頻段工作，所支持的速度達(dá) 54Mbps( 工作在 或者，理論最 高速度 600Mbps)。近年來(lái)隨著家庭裝修時(shí)工業(yè)板材及其他有毒氣體釋放源的使用，室內(nèi)的環(huán)境不容樂觀。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 第 2 章 Zigbee 技術(shù)綜述 Zigbee 是一種基于 標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個(gè)域網(wǎng)協(xié)議，根據(jù)此協(xié)議的規(guī)定，Zigbee 技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)。截至目前，該聯(lián)盟大約已有約 27 家成員企業(yè)，所有這些公司都參加了負(fù)責(zé)開發(fā) Zigbee 協(xié)議物理層和媒體控制層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的 工作組。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 Zigbee 技術(shù)的特點(diǎn) Zigbee 網(wǎng)絡(luò)采用的 是無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，與蜜蜂的通信類似，網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)間通信以一跳或多跳的形式自動(dòng)建立網(wǎng)絡(luò)。只有 10kb/s250kb/s，符合本設(shè)計(jì)需求； (6)工作頻段靈活。只能自己的與上一級(jí)如協(xié)調(diào)器或 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 路由器之間通信，包括獲取網(wǎng)絡(luò)地址等。 網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體提供的服務(wù)如下三項(xiàng)： (1)指定拓?fù)鋫鬏斅酚?，網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體發(fā)送一個(gè)網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元到一個(gè)合適的接受設(shè)備，此設(shè)備可能是一個(gè)在通信鏈路中的中間通信設(shè)備，也可能是最終的目的通信設(shè)備。要求設(shè)備具有斷開 網(wǎng)絡(luò)的能力和具有連接一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)的能力，以建立一個(gè) Zigbee 協(xié)調(diào)器或者路由器。這服務(wù)由兩個(gè)實(shí)體得以實(shí)現(xiàn)： APS 管理實(shí)體 (APSDE)和 APS數(shù)據(jù)實(shí)體 APSDE。 ZDO 位于應(yīng)用支持子層和應(yīng)用框架之間，在 Zigbee 協(xié)議棧中應(yīng)用操作的一般需求它有 所滿足。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 本論文是基于 Zigbee 技術(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，故根據(jù) Zigbee 技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)和特點(diǎn)設(shè)計(jì)了由多傳感器節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和 PC 組成的該系統(tǒng)。下面對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行如下介紹。故對(duì)一氧化碳?xì)怏w濃度監(jiān)測(cè)也 是必不可少的一部分。 (4)可擴(kuò)展：能根據(jù)用戶的不同需求，隨時(shí)增加或減少節(jié)點(diǎn)設(shè)置 [5]。硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 41 所示。 CC2530結(jié)合了領(lǐng)先的 RF 收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型 8051CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存， 8KB RAM 和許多其它強(qiáng)大的功能。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè) NTC 測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能 8 位單片機(jī)相連接 [11]。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 轉(zhuǎn)換 為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào) [11]。當(dāng)檢測(cè)到煙霧控制器輸出報(bào)警，蜂鳴器報(bào)警電路如圖 46 所示。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 LCD 液晶顯示模塊 帶中文字庫(kù)的 128*64 是一種具有 4 位 /8 位并行、 2 或 3 線串行多 種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864， 可以顯示 84 行 16x16 點(diǎn)陣的漢字 ， 也可完成圖形顯示 ， 低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。 (4)與無(wú)線模塊通訊：?jiǎn)纹瑱C(jī)將要發(fā)送的數(shù)據(jù)以特定的波特率通過串口送到無(wú)線模塊發(fā)送 [12]。 (1)穩(wěn)定性測(cè)試：長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行系統(tǒng)檢查電源電壓，液晶顯示 ，傳感器，無(wú)線模塊等。測(cè)試結(jié)果：無(wú)線模塊接收正常。其中 Zigbee短程無(wú)線網(wǎng)技術(shù)以其數(shù)據(jù)傳輸安全可靠、組網(wǎng)簡(jiǎn)易靈活、設(shè)備成本低、電池壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)控制領(lǐng)域中展現(xiàn)了深厚的發(fā)展?jié)摿?[2]。經(jīng)過市場(chǎng)調(diào)研，發(fā)現(xiàn) Zigbee 無(wú)線通信技術(shù)在在無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中占有廣泛的市場(chǎng)，具有低功耗、數(shù)據(jù)傳輸可靠、網(wǎng)絡(luò)容量 大、兼容性強(qiáng)、安全性高、成本低等特點(diǎn)。 最后我特別要將誠(chéng)摯的謝意獻(xiàn)給我的家人，感謝他們多年來(lái)對(duì)我的關(guān)愛、理解和支持。本篇論文是在楊老師的悉心指導(dǎo)下完成的 ， 遇上的各種問題在他的指導(dǎo)下 也 都很好的解決了，他以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)態(tài)度、廣博的專業(yè)知識(shí)、獨(dú)到的見解給予我精心的指導(dǎo)和幫助，并時(shí)刻督促我完